ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE NÁUTICA
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
Trabajo Fin de Grado
DISEÑO DE LA UNIÓN ADHESIVA ESTRUCTURAL PARA ÁMBITO
NAVAL
Design of a structural adhesive joint for naval applications
Para acceder al Título de Grado en
INGENIERÍA MARÍTIMA
Autor: Carlos Aparicio del Corral
Director: Mª Victoria Biezma Moraleda
Co-Director: Juan Carlos Suárez Bermejo
Octubre - 2016
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ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE NÁUTICA
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
Trabajo Fin de Grado
DISEÑO DE LA UNIÓN ADHESIVA ESTRUCTURAL PARA ÁMBITO
NAVAL
Design of a structural adhesive joint for naval applications
Para acceder al Título de Grado en
INGENIERÍA MARÍTIMA
Octubre – 2016
3
INDICE
1. JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS ............................................................. 7
2. ESTADO DEL ARTE ............................................................................... 7
2.1. INTRODUCCIÓN A LOS ADHESIVOS.............................................. 8
2.2. FUNDAMENTOS DE LA UNIÓN ADHESIVA .................................... 9
2.3. TIPOS DE ADHESIVOS .................................................................. 10
2.4. VENTAJAS DE LOS ADHESIVOS .................................................. 12
2.5. DESVENTAJAS DE LOS ADHESIVOS ........................................... 13
3. PREPARACIÓN DEL MATERIAL PREVIA A LOS ENSAYOS ............. 14
3.1. PROBETAS ..................................................................................... 15
3.2. ACERO ............................................................................................ 17
3.3. ADHESIVO ...................................................................................... 19
3.3.1. RECAPOLI 955 DCPD .............................................................. 20
3.4. PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS............................................. 21
4. METODOLOGÍA DE ENSAYOS ............................................................ 22
4.1. PARTES BÁSICAS DE LA MÁQUINA DE ENSAYOS ..................... 22
4.2. PASOS A SEGUIR PARA REALIZAR UN ENSAYO ....................... 25
4.3. PROBETAS ..................................................................................... 33
4.3.1. SUJECION DE LAS PROBETAS .............................................. 36
4.4. PARÁMETROS DE ENSAYO .......................................................... 39
5. RESULTADOS Y ANÁLISIS .................................................................. 40
5.1. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS ................................................. 64
6. CONCLUSIONES .................................................................................. 69
7. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................... 70
8. ANEXOS ................................................................................................ 72
4
5
RESUMEN
El propósito de éste trabajo es seguir la línea de estudio que comenzó en su
día el profesor Manuel A. Andrés Roiz en su Trabajo de Fin de Máster
“Comportamiento a impacto de uniones adhesivas estructurales en
materiales híbridos para construcción naval”, siendo parte de un Grupo de
Investigación, formado este por los dos directores de este Trabajo de Fin de
Grado.
En el presente Trabajo de Fin de Grado, se someterán a ensayos de impacto
una serie de vigas de doble voladizo, unidas entre sí mediante un adhesivo
estructural. El estudio de la resistencia a cargas externas que ofrecen éstas
uniones adhesivas, además, teniendo en cuenta tanto la degradación de los
materiales en agua de mar, como los distintos ángulos de impacto que
puedan recibir.
Así pues, los ensayos se realizarán, tanto en las condiciones más exigentes
de impacto (0º y 90º), como en una intermedia (45º).
Antes de comenzar con los ensayos y analizarlos, presentamos una
introducción a los adhesivos y una breve explicación de los estudios
realizados anteriormente por el grupo de investigación, que son la base de
este trabajo.
Además se describirá detalladamente la máquina de ensayos, así como los
pasos a seguir para utilizarla correctamente.
PALABRAS CLAVE:
Diseño, Adhesivo estructural, Sector naval, Construcción naval, Resistencia
a impacto, Agua de mar.
6
ABSTRACT
The purpose of this project is to continue the study that Professor Manuel A.
Andrés Roiz began with his Master's Research Project "Impact performance
of structural adhesive bonds in shipbuilding’s hybrid materials" being part of a
Research Group, formed by the directors of this Final Degree Project.
In this project, there are tested some double cantilever beams joined together
by a structural adhesive. The study of resistance to external loads that offer
these adhesive bonds, I will also do considering the degradation of materials
in seawater, such as different angles of impact that they can receive. Thus,
the tests are performed, both in the most demanding impact conditions (0°
and 90°), and intermediate (45º).
Before starting the tests and analysis, I show an introduction to the adhesives
and a brief explanation of previous studies by the research group, which are
the basis of this work.
Further, I describe in details the testing machine and the steps to use it
properly.
KEYWORDS:
Design, Structural adhesive, Naval sector, Shipbuilding, Impact performance,
Seawater.
7
1. JUSTIFICACIÓN Y OBJETIVOS Lo que se pretende en éste Trabajo de Fin de Grado es continuar con la
investigación que hace unos años comenzaron los directores del mismo
junto con Manuel Andrés Roiz, encargado de ponerlo en marcha y plasmarlo
en su Trabajo de Fin de Máster “Comportamiento a impacto de uniones
adhesivas estructurales, en materiales híbridos para construcción naval”.
El objetivo fundamental que nos marcamos con la realización de este
Trabajo es el estudio de la resistencia a cargas externas que ofrecen estas
uniones adhesivas, sumergidas en agua de mar durante diferentes tiempos
de envejecimiento. Otros de los objetivos serán además, relacionar los
resultados, teniendo en cuenta tanto la degradación de los materiales en
agua de mar, como los distintos ángulos de impacto que puedan recibir, por
lo que, los ensayos se realizarán, tanto en las condiciones más exigentes de
impacto (0º y 90º), como en una intermedia (45º).
2. ESTADO DEL ARTE
Siguiendo la línea de los antecedentes estudiados, este Trabajo se ha
desarrollado a partir de los estudios y conclusiones que entonces se
realizaron, para posteriormente ir un poco más allá, y profundizar en las
ideas básicas que llevaron a poner en marcha este y otros Trabajos:
- Rotura de uniones adhesivas.
- Comportamiento dinámico de uniones adhesivas.
- Uniones adhesivas y su degradación.
- Análisis por el Modelo de Elemntos Finitos (MEF) de uniones
adhesivas.
Además de servir éste Trabajo como una ampliación de lo entonces
estudiado, en él también se llevarán a cabo las modificaciones pertinentes
8
en la máquina de ensayos, la modificación y preparación de las probetas, así
como los propios ensayos que a continuación se describen.
Para poder adentrarnos más, y que se pueda comprender mejor nuestro
estudio, éste comenzará con una introducción a los adhesivos, que es el
principal campo a estudiar.
2.1. INTRODUCCIÓN A LOS ADHESIVOS
No es posible indicar exactamente cuando comenzaron a utilizarse los
adhesivos, ya que han sido empleados extensamente a lo largo de la historia
hasta la actualidad: Existen ejemplos naturales de adhesión, como es el
caso de las telas de araña, e incluso se han hallado pruebas del uso de la
sangre animal como adhesivo durante la Prehistoria, o de que los egipcios
preparaban adhesivos mediante la cocción de huesos de animales para la
adhesión de láminas de madera hacia el 1800 A.C. [1].
El sector de los adhesivos está en pleno crecimiento y su desarrollo será
muy importante en los próximos años, dado que ofrece rendimientos
similares y en ocasiones superiores a los de otras soluciones para el
ensamblaje y el sellado con numerosas ventajas.
Se puede definir adhesivo como aquella sustancia que aplicada entre las
superficies de dos materiales permite una unión resistente a la separación.
Denominamos sustratos o adherentes a los materiales que pretendemos unir
por mediación del adhesivo (Figura 1), y que serán en nuestro caso, como
explicaremos más adelante, las probetas a estudiar (Vigas de Doble
Voladizo) [2].
El conjunto de interacciones físicas y químicas que tienen lugar en la
interfase adhesivo/adherente recibe el nombre de adhesión.
9
Figura 1: Esquema de dos Sustratos adheridos [1]
2.2. FUNDAMENTOS DE LA UNIÓN ADHESIVA
Las uniones adhesivas se fundamentan en los dos tipos de fuerzas que a
continuación se describen, y que están representadas en la Figura 2:
a) Fuerza de adhesión: Corresponde a todas las fuerzas o mecanismos
que mantiene unido el adhesivo con cada sustrato. El término de
adhesión hace referencia al conjunto de los mecanismos y fuerzas
situadas en una fina capa (capa límite) existente entre el sustrato y el
propio adhesivo.
b) Fuerza de cohesión - Corresponde a todas las fuerzas o mecanismos
que mantiene unido el propio adhesivo.
Figura 2: Fuerzas de adhesión y cohesión
10
Estas fuerzas que permiten mantener unidas el adhesivo con el sustrato
(adhesión) y el propio adhesivo (cohesión), corresponden a:
a) Los enlaces químicos covalentes que se desarrollan entre los
átomos permitiendo la creación de moléculas y polímeros, así mismo,
los enlaces químicos permiten unir diferentes cadenas poliméricas
creando estructuras compactas y altamente reticuladas (materiales
termoestables).
b) Las fuerzas intermoleculares que ocurren entre moléculas, que
permiten crear estructuras amorfas con una excelente elasticidad y
deformabilidad [3].
2.3. TIPOS DE ADHESIVOS
Podemos hacer distintas clasificaciones de adhesivos según diferentes
parámetros, pero en este caso nos centraremos en las más importantes,
como el tipo de disolvente utilizado, sus requerimientos de uso, su
composición química, y los métodos de curado empleados [4]:
a) Según el tipo de disolvente:
Adhesivos solubles en agua: Estos adhesivos están basados en
polímeros naturales como almidones y dextrinas o sintéticos como
las emulsiones de poliacetato de vinilo (PVAc). La película de
adhesivo se origina por evaporación del agua, utilizada como
solvente.
Adhesivos vehiculizados en disolventes orgánicos: El disolvente
facilita la distribución uniforme del adhesivo en las superficies a
unir y al evaporarse permite obtener la película fijada a las
mismas.
Adhesivos sin solventes: Este tipo de adhesivos surge como
respuesta al aporte de energía que requieren los adhesivos que
11
utilizan un solvente (orgánico o acuoso), para la evaporación de
éstos y por los problemas medioambientales que conllevan. Estos
adhesivos, también pueden incluirse dentro del concepto de
adhesivos reactivos. Otro tipo a considerar son las resinas
epoxi bicomponente formadas por una resina epoxi fluida y un
reactivo como una poliamida que contenga grupos amina libres.
b) Según los requerimientos de uso [5]:
Adhesivos Estructurales: aquellos que deben soportar una carga
mayor que el peso del adherente.
Adhesivos de sostén: deben soportar solamente el peso de los
adherentes.
Adhesivos selladores: prevenir el pasaje de fluidos a través de una
junta.
Adhesivos termoplásticos: aquellos que se ablandan y fluyen
cuando son calentados, y solidifican al enfriarse.
Adhesivos termoendurecibles: no se ablandan cuando son
calentados, pueden carbonizarse si son calentados a
temperaturas elevadas, pero no fluyen.
c) Según la composición química:
Fuentes animales
Fuentes vegetales
Sintéticos: basados en materiales desarrollados por la industria
química.
12
d) Según los métodos de curado:
Por Solidificación
Por Evaporación de solvent
Por Reacción química
Reacción anaeróbica
Exposición a la luz ultravioleta
Reacción aniónica
Sistemas de activación
Curado húmedo
2.4. VENTAJAS DE LOS ADHESIVOS
La utilización de adhesivos para realizar uniones entre materiales, presenta
múltiples ventajas [5] frente a otros métodos de unión como pueden ser la
soldadura, remachado, atornillado, etc. A continuación, las describimos:
El uso de los adhesivos elimina la corrosión asociada a la unión de
metales diferentes con distinto potencial galvánico, por ejemplo, la unión
de acero con aluminio.
El uso de adhesivos no produce ninguna deformación en las piezas o
sustratos donde se aplica, eliminando los procesos de rectificado de
chapa, reduciendo el coste de fabricación y mejorando la estética del
producto final.
No produce ningún tipo de agresión mecánica al sustrato, evitando
cualquier daño a la estructura del material.
Gran flexibilidad en el diseño de los productos, permitiendo realizar
construcciones estéticamente muy atractivas.
13
Reducción del peso del producto: en el caso de productos de tracción la
reducción de peso está directamente ligada a la reducción de consumo
de energía y emisión de contaminantes al ambiente.
Incremento de la resistencia frente a impactos y resistencia a fatiga
mediante el uso de adhesivos elásticos, aumentando la fiabilidad y ciclo
de vida del producto.
Distribución homogénea de las tensiones a lo largo de toda la unión
permitiendo la eliminación de concentraciones de tensiones que pueden
producir la fractura de la unión.
Disminución de ruido y vibraciones.
Reducción del número de componentes (tornillos, tuercas, arandelas,
remaches…) necesarios para realizar la unión permitiendo reducir el
coste de la fabricación.
Función de sellado y protección frente a la corrosión.
Adhesivos especiales preparados para conducir electricidad o como
aislante eléctrico, generalmente utilizados en el campo de la electrónica.
2.5. DESVENTAJAS DE LOS ADHESIVOS
Como es lógico, no todo son ventajas en la unión de materiales mediante
adhesivos, sino que estos también presentan alguna desventaja [3] respecto
a otros métodos de unión:
Tiempo de espera para lograr la adhesividad o unión del adhesivo: La
resistencia de la unión adhesiva no se obtiene de inmediato, al contrario
que ocurre por ejemplo con un atornillado, sino que es necesario esperar
un tiempo para que se solidifique o cure el adhesivo. Este tiempo
dependerá de la selección del adhesivo a utilizar, así como en muchas
ocasiones de las condiciones ambientales donde se realiza el proceso de
unión.
14
Resistencia a las temperaturas: Los adhesivos, al ser materiales basados
en polímeros, disponen de una resistencia media a la temperatura.
Envejecimiento: La resistencia a largo plazo de la unión adhesiva se
encuentra afectada por diversas acciones físicas y químicas que se
encuentran en el ambiente (como el agua de mar, en nuestro caso).
Preparación superficial: Al igual que ocurre en el proceso de pintura y
soldadura, es necesario realizar una preparación superficial previo al
proceso de aplicación de adhesivos con el objetivo de conseguir una
buena adhesión entre el adhesivo y el sustrato, dicha preparación
superficial variará en función de los materiales a unir, el adhesivo
seleccionado y los requerimientos funcionales que necesite cumplir la
unión adhesiva.
Desmontaje: El proceso de desmontaje de uniones adhesivas puede
llegar a destruir o deformar los sustratos unidos, siendo un proceso
costoso de realizar, hecho que no ocurre cuando se utiliza técnicas como
el atornillado.
Seguridad y medioambiente: Dado que la base de los adhesivos son
compuestos químicos, es necesario definir las acciones necesarias para
evitar la exposición de personas a estos productos durante el momento
de aplicación, que dependerán de la cantidad y del tipo de adhesivo a
utilizar.
3. PREPARACIÓN DEL MATERIAL PREVIA A LOS ENSAYOS
Como anticipábamos anteriormente, realizamos un breve resumen de los
procesos de elaboración y ajuste de las probetas, centrándonos sobre todo
en el acero y adhesivo empleados.
.
15
3.1. PROBETAS
La máquina de ensayos con la que realizaremos el estudio, está diseñada,
como veremos más adelante, para poder dar respuesta a diferentes
solicitaciones, como son:
a) Estudiar el comportamiento a impacto en mamparos con forma de
papel de abeja, en los que el alma se une a las planchas mediante un
adhesivo, tal y como muestra la Figura 3.
Figura 3: Mamparo unido a una plancha de acero mediante adhesivo
16
b) Estudiar el comportamiento de probetas formadas por planchas de
acero de pequeño espesor y en forma de Y, tal y como se aprecia en
la Figura 4:
Figura 4: Probetas en forma de Y
c) Estudiar el comportamiento de Vigas de Doble Voladizo o Double
Cantileber Beam (DCB), las cuales serán objeto de estudio en nuestro
trabajo. En las Figuras 5 y 6 podemos ver un esquema de este tipo de
vigas, así como un caso real de los sustratos que se utilizará en el
presente Trabajo, respectivamente:
Figura 5: Viga de doble voladizo. Esquema de nuestra probeta a
estudiar
17
Figura 6: Alzado y Perfil de dos sustratos.
3.2. ACERO
Estos sustratos o adherentes de acero fueron cortados de unas planchas de
acero facilitadas por Astilleros Santander S.A. (Astander) [8], como la de la
Figura 7:
Figura 7: Plancha de acero suministrada por ASTANDER
18
En un principio se comenzó cortando las piezas en la ETS Náutica
(Universidad de Cantabria) a mano, con una sierra de corte para metales.
Pero al ser tantas las probetas necesarias, el propio Astillero las facilitó ya
cortadas mediante oxicorte (Figuras 8a. y 8b).
a b
Figuras 8a y 8b: Proceso de oxicorte
A continuación se muestran una serie de Talas con la composición química y
las propiedades del acero (Tablas 1 y 2 respectivamente). Datos que
podemos observar en el certificado del acero facilitado por Astander (Anexo).
Tabla 1: Composición química del acero [8]
C Si P
0,16 0,17 0,013
Cr Cu Al
0,03 0,03 0,039
N V Ceq
0,007 0,003 0,28
0,03 0,003
Mo Nb
0,002 0,002
Composición Química (wt % Fe Balance)
Mn S
0,69 0,019
Ni Ti
19
Tabla 2: Propiedades mecánicas del acero [8]
3.3. ADHESIVO
Para unir estas piezas se decidió utilizar una resina de poliéster insaturado
(Recapoli 955 DCPD). Este adhesivo ya se empleó en otras investigaciones
del grupo [9], por lo que esto facilitará una futura comparación de los
resultados obtenidos en la máquina, con otros ensayos.
Las propiedades físicas y mecánicas de esta resina en su estado líquido y
polimerizado, se muestran en las Tablas 3 y 4 respectivamente, y fueron en
su día facilitadas por el suministrador del producto, junto con una breve
descripción de la misma.
Tabla 3: Propiedades físicas de la resina en estado líquido a 25ºC
Aspecto Líquido amarillento
Viscosidad 100-150 mPas (cps) (ASTM D-2196)
Contenido en ESTIRENO
37-41 % (ASTM D-1644)
Índice de acidez 30 máx mg KOH/g resina (ASTM D-1639)
Tiempo de gel (0,3% Co 6% y 1% PMEK 50%, 25°C): 40-50
min
Temperatura máxima 110 – 130 °C (MA-0303)
Tiempo de máxima 50-70 min (MA-0304)
Y.S. (MPa) U.T.S. (MPa) e (%)
363 477 30
Propiedades mecánicas
20
Tabla 4: Propiedades mecánicas de la resina en estado polimerizado
HDT 60-70 °C (ASTM D-648)
Resistencia a la tracción
600 - 700 kg/cm² ASTM D-638
Resistencia a la flexión
900 - 1000 kg/cm² ASTM D-790
Alargamiento a la rotura
2,5 % ASTM D-638
Dureza BARCOL 40 mínimo. Barcol ASTM D-2583
3.3.1. RECAPOLI 955 DCPD
A continuación, la descripción de la resina que nos ofrece el fabricante:
“Recapoli 955 DCPD es una resina desarrollada para su uso en inyección
en sus múltiples variantes; que se caracteriza por su baja viscosidad y por su
rápido ciclo de curado, lo que permite un corto tiempo de desmoldeo.
Destaca por su bajo contenido en estireno y está especialmente estabilizada
para su uso en países con climas cálidos. Su campo de aplicación es amplio,
pudiéndose utilizar para la fabricación de embarcaciones, depósitos,
carrocerías, silos, etc. La presentación del adhesivo es en una lata de 5 litros
y viene acompañada de un catalizador.” [10]
21
3.4. PREPARACIÓN DE LAS PROBETAS
Antes de aplicar el adhesivo, se prepararon adecuadamente los adherentes:
a) Primero pasaron una fase de lijado para eliminar restos de óxido e
impurezas debidas al oxicorte en Astander.
b) Una vez eliminado todo el óxido posible, se lavaron con agua
corriente. Posteriormente se secaron con papel y calor.
En cuanto a la aplicación del adhesivo, se realizó en las dos caras de los
adherentes con un pincel. Después de unirlas, se dejó secar a temperatura
ambiente entre 3 y 48 horas, dependiendo del porcentaje de catalizador
utilizado, ya que se realizaron varias pruebas para conocer la rapidez de
reacción del mismo.
En la Figura 9 se muestran las probetas en su proceso de secado:
Figura 9: Probetas en proceso de secado una vez se ha aplicado el adhesivo
22
4. METODOLOGÍA DE ENSAYOS
En este capítulo conoceremos más a fondo la máquina de ensayos diseñada
por el grupo de investigación, así como los pasos a seguir para realizar estas
pruebas.
4.1. PARTES BÁSICAS DE LA MÁQUINA DE ENSAYOS
Nuestra máquina está diseñada para realizar los ensayos de impacto en
uniones adhesivas, y se basa en los fundamentos de la guillotina. Así,
consta de dos soportes verticales y una traviesa horizontal (que constituye el
elemento móvil), que es la que impacta sobre las probetas de acero, sujetas
a la base mediante un sistema de utillaje que posteriormente se describe.
En la Figura 10, se señalan sus partes más importantes:
Figura 10: Máquina de ensayo
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1.- Soporte con un electroimán diseñado para sujetar la parte móvil (Figura
11). Se puede variar su posición en altura, como posteriormente veremos, lo
que afectará a su disipación en las probetas objeto de estudio.
Figura 11: Soporte con electroimán
2.- Traviesa móvil que genera la energía de impacto al caer (5.549 g).
3.- Impactador en forma de horquilla: Hubo que modificarlo, ya que las
probetas a ensayar en este estudio eran más anchas que las del estudio
más reciente. La horquilla pasaba demasiado justa y corría el riesgo de tocar
en la pieza en cuestión. Aun habiéndolo modificado una primera vez, y
asegurándonos que todos los útiles se encontraban correctamente sujetos,
éste seguía rozando los tornillos de sujeción, así que la decisión final fue
ensanchar la horquilla, de tal forma que golpee la varilla sin perder energía.
En la Figura 12 se muestra el impactador una vez modificado.
24
Figura 12: Impactador en forma de horquilla
4.- Mamparo de seguridad de metacrilato: impedirá golpes que puedan
ocasionar las piezas sueltas tras el impacto del golpeador.
5.- Topes para frenar la traviesa móvil en su caída después de golpear la
probeta, y que generarán un rebote.
6.- Motor eléctrico que permite modificar la altura del soporte 1.
7.- Soporte vertical en el que se ha fijado una escala graduada para
determinar la altura a la que se sitúa el elemento de impacto.
8.- Base donde se ubica la probeta con el utillaje de sujeción.
25
4.2. PASOS A SEGUIR PARA REALIZAR UN ENSAYO
A continuación, se detallan los pasos a seguir para realizar un ensayo de
impacto (caída de peso libre) con el equipo situado en el laboratorio de
Materiales de Unión y Ensayos No Destructivos de la E.T.S.I. Navales
(UPM), y que muestra la Figura 13.
Figura 13: Equipo completo con el que realizaremos los ensayos
26
El primer paso es encender el ordenador y el resto de dispositivos que van a
medir y recoger los datos del ensayo.
El siguiente dispositivo con pantalla táctil (Figura 14), permite el control de la
máquina de ensayo. En la pantalla inicial se puede ver la información de
fecha y hora, así como la temperatura.
Figura 14: Pantalla inicial
Para que aparezca el MENÚ PRINCIPAL (Figura 15), tan sólo es necesario
tocar la pantalla.
Figura 15: Menú Principal
27
En el cuadro de la izquierda aparece el HARDWARE que permite configurar
la fecha y la hora, entre otras (el resto de configuraciones no se han
modificado). A la derecha aparecen las distintas opciones de
CONFIGURACIÓN DE LA PRUEBA, que son las siguientes:
ALINEACIÓN BARRERAS: Para una máxima precisión de la
velocidad de impacto, el valor de la alineación de las barreras, tarea
que realizamos mediante un láser (Figura 16), no debe ser inferior al
95%. Dado que los valores A y B (Figura 17) marcan 99%, está bien y
no es necesario tocar nada. Para volver a la pantalla de MENÚ
PRINCIPAL, tocar la fecha de retorno:
Figura 16: Láser utilizado para la alineación de las barreras
28
Figura 17: Precisión del láser
ALTURA DE CAÍDA: Para fijar la altura de la caída, o altura de
lanzamiento, se recomienda bajar el impactador hasta que esté casi
en contacto con la probeta a ensayar (MANUAL–BAJAR) y pulsar
MANUAL-CERO.
Una vez puesto a cero el valor, para indicar la ALTURA ELEGIDA
(que será la altura desde la cual se quiere que caiga el impactador) y
que marcaremos con un láser (Figura 18), basta con pulsar los
círculos que aparecen a la izquierda de la pantalla y subir (+10, +1) o
bajar (-10, -1) los valores en la pantalla que vemos en la Figura 19.
La ALTURA ACTUAL marca el valor del carro impactador en cada
instante tomando como referencia el punto que se haya considerado
como cero en este caso, marcaría la distancia del carro impactador a
la probeta. Los valores de las alturas están indicados en cm, y
nuestros ensayos los realizaremos a 80 cm.
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Figura 18: Láser para medir la altura de caída de forma manual
Figura 19: Pantalla que muestra la altura de lanzamiento
CONFIGURACIÓN DEL REBOTE: En la pantalla de configuración del rebote
(Figura 20) se ha seleccionado como número de REBOTES: 1. Para que sea
efectivo, debe estar configurado el ESTADO: ON. Destacar que, configurado
de esta manera, el mecanismo de rebote salta automáticamente al impactar
la probeta; no obstante, si previamente o a posteriori se baja el carro
impactador y se quiere sobrepasar este límite, el mecanismo ha de
introducirse manualmente.
30
Figura 20: Pantalla para configurar el rebote del impactador
ÚLTIMO RESULTADO: En la ventana RESULTADOS DE PRUEBA (Figura
21), aparecen los datos del último ensayo realizado: altura de caída, altura
de rebote, profundidad impacto, velocidad de impacto, temperatura y número
de impactos.
Figura 21: Resultados del ensayo
31
RECOGER IMPACTADOR: Es una opción automática en la que, tras el
impacto, el carro impactador se aproxima al impactador, y cuando están
suficiente cerca, se unen mediante un imán, quedando el carro listo para el
siguiente ensayo.
COMENZAR PRUEBA: En el momento en que está todo correctamente
configurado, ya se puede comenzar la prueba. Cuando se pulsa este
“botón”, aparecen los parámetros de la prueba que permiten comprobar que,
efectivamente, todo está en orden. Si es así, pulsar COMENZAR; en caso en
que sea necesario rectificar algún valor o no se pueda realizar el ensayo por
algún otro motivo, se puede pulsar la fecha para retroceder.
Aún así, antes de que caiga el impactador, aparece una pantalla en la que
se mencionan una serie precauciones muy importantes:
Asegúrese de introducir el tope del retenedor.
Asegúrese de retirar los pasadores de seguridad.
Asegúrese de poner en modo grabación el software del PC: Muy
importante antes de realizar el ensayo; en caso de que no se ponga el
modo grabación, no quedarán registrados los valores del ensayo y se
habrá destrozado una probeta sin obtener información, hecho que
obligaría a dilatar en el tiempo la investigación que se está llevando a
cabo, y pérdida de información muy útil para la misma.
Cuando se pulse COMENZAR ya en esta última pantalla, que muestra la
Figura 22, comienza el ensayo.
32
Figura 22: Parámetros de la prueba
Debemos tener mucho cuidado con esta máquina, especialmente al
desconectar los dispositivos, ya que al hacer esto, el imán cae junto con todo
el elemento móvil que lo sujeta, pudiendo ocasionarnos lesiones muy
graves.
Una vez realizado el ensayo, procedemos a recopilar los datos que nos ha
proporcionado, mediante el Software Quick DAQ 2014, que nos mostrará
dos gráficas en función de la aceleración y de la velocidad respectivamente
(Figura 23), y que posteriormente exportaremos a Excel para poder analizar
los resultados [11].
33
Figura 23: Resultados en la pantalla del PC
4.3. PROBETAS Estos procedimientos del ensayo anteriormente descritos, no serían posibles
sin las probetas que vamos a analizar, y que en el apartado 2 de nuestro
trabajo hemos descrito [6].
Ya que en estos ensayos estudiaremos la resistencia a cargas externas que
ofrecen las uniones adhesivas teniendo en cuenta la degradación de los
materiales en agua de mar, se decidió elaborar cada tipo de probeta por
triplicado, teniendo en cuenta tres factores para la obtención de un número
total de estas:
1.- Ángulos diferentes de solicitación. Realizaremos los ensayos en
las condiciones más exigentes, 0º y 90º y una intermedia de 45º.
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2.- Tiempos de envejecimiento: Se han establecido los siguientes
períodos de envejecimiento a través de la inmersión de las probetas
en agua de mar obtenido en la Bahía de Santander (pH= 7,8):
Sin envejecer
1 día
3 días
7 días
15 días
30 días
60 días
3.- En cuanto al tipo de adhesivo se establecen dos tipos diferentes:
Sin ninguna carga o refuerzo adicional (que serán objeto de
este estudio)
Con una carga o refuerzo de polvo de vidrio al 10% (realizadas
para estudios futuros).
En la Tabla 5 se muestra la forma en la que nos referiremos a cada tipo de
probeta sometida a ensayo a partir de ahora:
35
Tabla 5: Tipos y número de probetas fabricadas
sin envejecer 1 día 3 días 7 días 15 días 30 días 60 días
solicitación 0º S0A S1A S3A S7A S15A S30A S60A
S0B S1B S3B S7B S15B S30B S60B
S0C S1C S3C S7C S15C S30C S60C
solicitación 45º S0D S1D S3D S7D S15D S30D S60D
S0E S1E S3E S7E S15E S30E S60E
S0F S1F S3F S7F S15F S30F S60F
solicitación 90º S0G S1G S3G S7G S15G S30G S60G
S0H S1H S3H S7H S15H S30H S60H
S0I S1I S3I S7I S15I S30I S60I
sin envejecer 1 día 3 días 7 días 15 días 30 días 60 días
solicitación 0º C0A C1A C3A C7A C15A C30A C60A
C0B C1B C3B C7B C15B C30B C60B
C0C C1C C3C C7C C15C C30C C60C
solicitación 45º C0D C1D C3D C7D C15D C30D C60D
C0E C1E C3E C7E C15E C30E C60E
C0F C1F C3F C7F C15F C30F C60F
solicitación 90º C0G C1G C3G C7G C15G C30G C60G
C0H C1H C3H C7H C15H C30H C60H
C0I C1I C3I C7I C15I C30I C60I
Sin Carga de vidrio
Con Carga de vidrio
36
4.3.1. SUJECIÓN DE LAS PROBETAS
La sujeción de las probetas a la máquina de ensayos, fue sin lugar a dudas
el proceso más laborioso de todo el proyecto.
A continuación, en las Figuras 24a y 24 b, se muestra el utillaje de sujeción
de las probetas. Las dos piezas centrales fueron soldadas para este nuevo
estudio, debido a que, en estudios anteriores, éstas iban atornilladas a los
útiles de sujeción, y al producirse el impacto, los tornillos se doblaban,
falseando así los resultados.
a b
Figuras 24a y 24b: Utillaje de sujeción de las probetas
Las probetas van ancladas a los útiles de sujeción de la máquina mediante
cuatro tonillos pasantes de 4mm de diámetro, por lo que hubo que taladrar
una a una. En la Figura 25 observamos el modo en que se taladraron las
primeras en la ETSI Navales de la Universidad Politécnica de Madrid, a la
que me desplacé con las piezas para someterlas a ensayo.
Además, fabricamos una plantilla para que los agujeros pasantes estuviesen
todos alineados de la misma forma. Esta plantilla inicialmente era de
aluminio, pero sufría graves deterioros debidos a la fricción y al calor de la
broca.
37
Figura 25: Probeta y su plantilla, listas para ser taladradas
Esta forma de sujetar las probetas, además de una incorrecta aplicación del
adhesivo en las caras de los adherentes, ocasionó que varias de las
probetas se despegaran antes incluso de empezar a ser taladradas. Este
contratiempo nos ha servido también para estudiar posibles fallos en los
adhesivos, tal y como muestra la Figura 26, y que relacionamos con nuestro
caso su caso real en las Figuras 27 y 28:
Figura 26: Distintos tipos de fallo de la unión adhesiva
38
Figura 27: Fallo adhesivo no deseable
Figura 28: Fallo adhesivo intermedio
39
Debido a que este proceso resultó llevar más tiempo de lo que en principio
se había calculado, ya que conseguir una alineación correcta de la probeta
era algo complicado, el resto de piezas fueron preparadas en la ETS Náutica
de la Universidad de Cantabria.
Finalmente, tras taladrar todas las probetas, en la Figura 29 vemos el
resultado de una de ellas anclada correctamente al utillaje de sujeción:
Figura 29: Probeta finalmente sujeta a la máquina de ensayos
4.4. PARÁMETROS DE ENSAYO
Para una correcta realización de los ensayos, hemos determinado los
siguientes parámetros:
Frecuencia de recogida de datos: 20.000 Hz
Tiempo durante el cual la máquina adquiere datos del ensayo: 1
segundo.
Altura de caída: 80 cm.
40
5. RESULTADOS Y ANÁLISIS
Finalmente, después de muchas horas de trabajo y estudio, procedimos a la
realización de los ensayos de impacto. Los resultados obtenidos se traducen
en las gráficas que se muestran a continuación (Figuras 30 a 75),
acompañadas de una breve descripción de las mismas. Estas gráficas
vienen nombradas por un código, que corresponde al tipo de probeta
ensayada.
Este código esta formado por:
Una letra: que nos dice si esta probeta lleva (C) o no lleva (S) carga
de vidrio.
Un primer número: que nos informa del tiempo que ha sido envejecida
en agua de mar (60 días, 30, 15, 7, 3, 1 o 0)
Un segundo número: que nos informa del grado de inclinación en el
que se colocó la pieza para el ensayo (90º, 45º o 0º)
Un tercer número: que simplemente nos dice el número de pieza
ensayada, dentro del mismo ángulo y envejecimiento (1, 2 o 3).
A modo de ejemplo, el código S30_45_1 indicará que la probeta ha estado
sumergida en agua de mar durante 30 días, que se ha realizado el impacto a
45º, y que es la primera pieza ensayada de éste tipo.
41
Figura 30
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 60 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 35uds.
Figura 31
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 60 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 32uds, rompiendo esta vez de una forma más plástica a la
anterior.
-40
-20
0
20
40
60
42537,12642537,12742537,12842537,12942537,1342537,13142537,13242537,133
S60_90_1
-60
-40
-20
0
20
40
60
42537,133 42537,134 42537,135 42537,136 42537,137 42537,138 42537,139 42537,14
S60_90_2
42
Figura 328
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 60 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 22uds, como vemos menor que realizando el impacto a 90º.
Figura 33
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 60 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 23uds, rompiendo de una forma muy similar a su gemela.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
42537,358 42537,359 42537,36 42537,361 42537,362 42537,363 42537,364
S60_45_3
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
42537,36 42537,361 42537,362 42537,363 42537,364 42537,365
S60_45_2
43
Figura 34
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 60 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 31uds, rompiendo esta vez de una forma menos plástica que
las anteriores.
Figura 35
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 60 días en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 238uds, muchísimo mayor que en los ensayos anteriores con
otros ángulos.
-40
-20
0
20
40
60
80
42537,35642537,35742537,35842537,35942537,3642537,36142537,36242537,363
S60_45_1
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
42536,216 42536,218 42536,22 42536,222 42536,224 42536,226
S60_0_2
44
Figura 36
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 60 días en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 538uds, muchísimo mayor que en los ensayos anteriores con
otros ángulos y más del doble que la primera en esta inclinación.
Figura 37
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 30 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 28uds, algo menos que en las de 60 días de envejecimiento.
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
42536,189 42536,191 42536,193 42536,195 42536,197 42536,199 42536,201
S60_0_1
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
42537,14742537,14842537,14942537,1542537,15142537,15242537,15342537,15442537,15542537,156
S30_90_3
45
Figura 38
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 30 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 18uds, bastante menor que en la anterior. Las gráficas son
bastante parejas.
Figura 39
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 30 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 18uds, y parece que sigue la línea de los anteriores ensayos a
90º.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
42537,144 42537,146 42537,148 42537,15 42537,152 42537,154
S30_90_2
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,3542537,35142537,35242537,35342537,35442537,35542537,35642537,35742537,35842537,359
S30_45_2
46
Figura 40
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 30 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 10uds, muy poca en comparación con ensayos anteriores.
Figura 41
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 30 días en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 193uds, algo menor que en los de 60 días a 0º, pero en esa
línea. Además, presenta una curva de plasticidad muy marcada.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,37 42537,375 42537,38 42537,385 42537,39
S30_45_1
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
42536,296 42536,297 42536,298 42536,299 42536,3 42536,301 42536,302 42536,303
S30_0_3
47
Figura 42
Exactamente igual a la gráfica anterior, aunque en este impacto se llegan a
absorber 227uds de energía máxima.
Figura 43
Prácticamente igual que en los anteriores, aunque vemos que, antes de
romper, la unión adhesiva se produce un impacto. La horquilla impactó en
primer lugar en otra parte de la pieza. Aun coincidiendo los valores, este
resultado no se puede considerar válido.
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
42536,286 42536,287 42536,288 42536,289 42536,29 42536,291 42536,292
S30_0_2
-600
-500
-400
-300
-200
-100
0
100
200
42536,263 42536,265 42536,267 42536,269 42536,271 42536,273 42536,275
S30_0_1
48
Figura 44
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 15 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 25uds, y parece que sigue la línea de los anteriores ensayos a
90º.
Figura 45
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 15 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 29uds, siguiendo la línea del ensayo anterior.
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,26542537,26642537,26642537,26742537,26742537,26842537,26842537,26942537,26942537,2742537,27
S15_90_2
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,2542537,25242537,25442537,25642537,25842537,2642537,26242537,26442537,26642537,268
S15_90_1
49
Figura 46
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 15 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 12uds. Comprobamos que hasta ahora se absorbe menos
energía en los ensayos a 45º que en situaciones límite.
Figura 47
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 15 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 24uds. En este ensayo, los resultados se aproximan más a los
obtenidos en los ensayos a 90º.
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,47 42537,471 42537,472 42537,473 42537,474 42537,475 42537,476
S15_45_3
-40
-20
0
20
40
60
80
42537,44 42537,441 42537,442 42537,443 42537,444 42537,445
S15_45_2
50
Figura 48
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 15 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 24uds. En este ensayo, al igual que en el anterior, los
resultados se aproximan más a los obtenidos en los ensayos a 90º.
Figura 49
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 15 días en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 43uds. Vemos que esta energía máxima ha disminuido
considerablemente con respecto a las probetas de 30 y 60 días.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,369 42537,37 42537,371 42537,372 42537,373 42537,374 42537,375
S15_45_1
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
42536,275 42536,277 42536,279 42536,281 42536,283 42536,285
S15_0_2
51
Figura 50
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 15 días en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 17uds. Difiere bastante de la anterior.
Figura 51
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 7 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 29uds. Sigue una línea parecida a los anteriores ensayos a
90º.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42536,23 42536,232 42536,234 42536,236 42536,238 42536,24
S15_0_1
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,194 42537,196 42537,198 42537,2 42537,202 42537,204 42537,206 42537,208
S07_90_3
52
Figura 52
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 7 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 30uds. Se trata de una gráfica muy similar a la anterior,
coincidiendo plenamente en sus resultados.
Figura 53
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 7 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 19uds. Este ensayo como vemos, difiere algo más de los otros
dos.
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
42537,188 42537,189 42537,19 42537,191 42537,192 42537,193 42537,194 42537,195 42537,196
S07_90_2
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,18 42537,182 42537,184 42537,186 42537,188 42537,19 42537,192 42537,194
S07_90_1
53
Figura 54
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 7 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 29uds. Sigue una línea parecida a los anteriores ensayos a
90º.
Figura 55
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 7 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 16uds, casi la mitad que en la anterior.
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42538,062 42538,063 42538,064 42538,065 42538,066 42538,067 42538,068 42538,069 42538,07
S07_45_3
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42538,06 42538,062 42538,064 42538,066 42538,068 42538,07 42538,072 42538,074
S07_45_2
54
Figura 56
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 7 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 26uds, coincidiendo gráfica (además de numéricamente) con
S07_45_3.
Figura 57
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 7 días en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 18uds. Vemos que sigue la línea de lo visto en las de 15 días a
0º, respecto a que no se alcanzan valores tan elevados como con las de 30
y 60 días.
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42538,067 42538,068 42538,069 42538,07 42538,071 42538,072 42538,073 42538,074
S07_45_1
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
42536,352 42536,353 42536,354 42536,355 42536,356 42536,357 42536,358 42536,359
S07_0_3
55
Figura 58
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 7 días en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 24uds. Vemos que sigue la línea de lo comentado en los
resultados de la Figura 57.
Figura 59
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 7 días en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 28uds. Valores más elevados que en S07_0_3, pero siguiendo
esa misma línea que comentaba en la Figura 58.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
42536,269 42536,271 42536,273 42536,275 42536,277 42536,279
S07_0_2
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42536,25642536,25742536,25842536,25942536,2642536,26142536,26242536,26342536,26442536,265
S07_0_1
56
Figura 60
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 3 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 23uds.
Figura 61
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 3 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 19uds, siguiendo una forma muy similar a la anterior.
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
42537,2 42537,201 42537,202 42537,203 42537,204 42537,205 42537,206 42537,207 42537,208
S03_90_3
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
42537,192 42537,194 42537,196 42537,198 42537,2 42537,202 42537,204 42537,206
S03_90_2
57
Figura 62
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 3 días en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 24uds. Sigue una línea parecida a las anteriores, acercándose
mucho al resultado del primer ensayo (S03_90_3).
Figura 63
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 3 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 29uds, algo mayor de lo que estábamos acostumbrados a ver
en ensayos a 45º.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,19 42537,192 42537,194 42537,196 42537,198 42537,2 42537,202 42537,204
S03_90_1
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
42538,06642538,06742538,06842538,069 42538,07 42538,07142538,07242538,07342538,074
S03_45_2
58
Figura 64
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 3 días en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 16uds, resultado que va más encaminado con respecto a lo
visto anteriormente.
Figura 65
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 3 días en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 30uds.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
42538,065 42538,066 42538,066 42538,067 42538,067 42538,068 42538,068 42538,069 42538,069
S03_45_1
-40
-20
0
20
40
60
80
42536,322 42536,323 42536,324 42536,325 42536,326 42536,327 42536,328 42536,329 42536,33
S03_0_2
59
Figura 66
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 1 día en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 28uds, en la línea de los últimos ensayos a 90º.
Figura 67
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 1 día en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 20uds, algo menor que la anterior, pero sigue en la línea de los
últimos ensayos a 90º.
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
42537,244 42537,245 42537,246 42537,247 42537,248 42537,249 42537,25 42537,251
S01_90_3
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,179 42537,181 42537,183 42537,185 42537,187 42537,189
S01_90_2
60
Figura 68
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 1 día en agua de
mar, y ensayada a 90º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 23uds, un valor intermedio a las otras dos.
Figura 69
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 1 día en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 21uds.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42537,15842537,15942537,15942537,1642537,1642537,16142537,16142537,16242537,16242537,163
S01_90_1
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
42538,114 42538,115 42538,116 42538,117 42538,118 42538,119
S01_45_3
61
Figura 70
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 1 día en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 22uds, en la línea del último ensayo y marcando valores
similares.
Figura 71
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 1 día en agua de
mar, y ensayada a 45º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 34uds, un valor bastante elevado teniendo en cuenta los
ensayos anteriores.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
42538,11242538,11342538,11442538,11542538,11642538,11742538,11842538,119
S01_45_2
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
42538,1142538,11142538,11142538,11242538,11242538,11342538,11342538,11442538,11442538,11542538,115
S01_45_1
62
Figura 72
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 1 día en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 16uds, valor demasiado bajo para lo que estábamos viendo
con la inclinación a 0º.
Figura 73
Unión adhesiva sin carga de vidrio, envejecida durante 1 día en agua de
mar, y ensayada a 0º. Se absorbe una cantidad de energía máxima
equivalente a 22uds, valor demasiado bajo para lo que estábamos viendo
con la inclinación a 0º, al igual que en el ensayo anterior.
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
42536,368 42536,369 42536,37 42536,371 42536,372 42536,373 42536,374 42536,375 42536,376
S01_0_2
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
42536,348 42536,349 42536,349 42536,35 42536,35 42536,351 42536,351 42536,352 42536,352
S01_0_1
63
Figura 74
Figura 75
Figura 76
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
42537,265 42537,267 42537,269 42537,271 42537,273 42537,275 42537,277 42537,279
S00_90_1 (Sin rotura)
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
42538,17 42538,175 42538,18 42538,185 42538,19
S00_45_1 (sin rotura)
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
42536,28 42536,29 42536,3 42536,31 42536,32 42536,33 42536,34 42536,35 42536,36
S00_0_1 (sin rotura)
64
Estas tres últimas gráficas (Figuras 74 a 76) corresponden a los ensayos con
las probetas sin envejecer en agua de mar, a 90º, 45º y 0º respectivamente.
Cabe destacar que en ninguno de estos casos rompió la unión adhesiva.
5.1. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS
En las Tablas 6, 7 y 8, agrupamos los resultados según el grado en el que se
encuentran las probetas en el impacto: 90º, 45º y 0º respectivamente.
Además, estos datos los recogemos también en los Figuras 77, 78 y 79
respectivamente, donde los agrupamos según los días de envejecimiento de
las probetas, viendo que se producen una serie de variaciones, que se
especifican en el siguiente Capítulo 6 como conclusión de los de los análisis
de los resultados, fruto de los ensayos resultados con las variables descritas:
tiempo de envejecimiento, ángulo de impacto y presencia o ausencia de
adhesivo
Tabla 6: Resultado de los ensayos con impacto a 90º.
IMPACTO A 90º Valores de energía máxima absorbida
ENVEJECIMIENTO / Nº PROBETA
1 2 3
60 días 35 31 R
30 días 28 8 R
15 días 26 29 R
7 días 29 30 19
3 días 23 18 24
1 día 28 20 23
65
Figura 77: Diagrama de barras que recoge los resultados de energía
absorbida al llegar el impactador al final del carro en los ensayos a 90º.
Diferenciamos en la Figura 77, cómo el valor de la energía absorbida al
llegar el carro al final de su recorrido es mayor cuanto más días ha estado la
probeta sumergida en agua de mar. Esto que significa que el dispositivo
móvil de la máquina ha llegado de manera más fácil a ese punto final, y por
lo tanto, que la unión adhesiva tiene menor resistencia al impacto cuanto
mayor ha sido su envejecimiento.
Si comparamos el valor medio de los resultados en 60 días de
envejecimiento (35uds), con el de las probetas envejecidas durante tan solo
un día (24uds), comprobamos que efectivamente este valor se reduce en un
27%.
66
Tabla 7: Resultado de los ensayos con impacto a 45º.
IMPACTO A 45º Valores de energía máxima absorbida
ENVEJECIMIENTO / Nº PROBETA
1 2 3
60 días 21 23 31
30 días 17 11 R
15 días 13 24 23
7 días 31 19 26
3 días 29 16 R
1 día 21 22 34
Figura 78: Diagrama de barras que recoge los resultados de energía
absorbida al llegar el impactador al final del carro en los ensayos a 45º.
Diferenciamos en la Figura 78, cómo el valor de la energía absorbida al
llegar el carro al final de su recorrido, además de ser inferior que en los
ensayos a 90º, se mantiene más o menos constante, independientemente
del tiempo de envejecimiento. Esto nos lleva a pensar que en situaciones
que no son tan límites como a 90º, estas uniones adhesivas pueden resultar
más efectivas.
67
Si comparamos el resultado más alto en 60 días de envejecimiento (25uds),
con el más alto de las probetas envejecidas durante tan solo un día (25uds),
comprobamos que, efectivamente, este valor se mantiene constante.
Tabla 8: Resultado de los ensayos con impacto a 0º.
IMPACTO A 0º Valores de energía máxima absorbida
ENVEJECIMIENTO / Nº PROBETA
1 2 3
60 días 238 209 R
30 días 193 227 204
15 días 43 17 R
7 días 18 24 28
3 días 30 159 R
1 día 16 22 R
68
Figura 79: Diagrama de barras que recoge los resultados de energía
absorbida al llegar el impactador al final del carro en los ensayos a 0º.
Diferenciamos en la Figura 79, cómo el valor de la energía absorbida al
llegar el carro al final de su recorrido es muchísimo mayor cuanto más días
ha estado la probeta sumergida en agua de mar. Esto que significa que el
dispositivo móvil de la máquina ha llegado de manera mucho más fácil a ese
punto final, y por lo tanto, que la unión adhesiva tiene menor resistencia al
impacto cuanto mayor ha sido su envejecimiento.
Si comparamos el valor medio de los resultados en 60 días de
envejecimiento (223uds), con el de las probetas envejecidas durante tan solo
un día (19uds), comprobamos que efectivamente este valor se reduce en un
91%.
Esto significa que, como explicábamos anteriormente, estas uniones
adhesivas se han visto más gravemente afectadas por el agua de mar en las
situaciones más agresivas de impacto.
69
6. CONCLUSIONES
Tras analizar cada gráfica individualmente, comenzamos un análisis global
de estos resultados, dividiéndolos en dos grupos:
a) Según el ángulo de solicitación: Queda visible a la hora de comparar
las gráficas que en los ángulos límites (90º y 0º), se precisa de menos
energía para romper la unión adhesiva, que en situaciones
intermedias (en nuestro caso a 45º), siendo mucho más evidente la
diferencia 45º/0º que si comparamos los 45º/90º.
b) Según el tiempo de envejecimiento de las probetas: Lógicamente,
cuanto menos tiempo han estado sumergidas en agua de mar, con
mayor facilidad resistirán el impacto, llegando incluso alguna probeta
virgen a resistirlo y no romper (probetas no envejecidas).
A título personal, creo que estos saldrán mucho más exactos y sin tantas
variaciones si en futuros estudios se establece un par concreto con el que
fijar los utillajes de sujeción a la base de la máquina en los diferentes
ángulos de solicitación.
Además, a la hora de aplicar el adhesivo, se debería estudiar de forma más
minuciosa las cantidades a aplicar, tanto de resina como de catalizador. Esto
servirá para que antes del envejecimiento, las probetas sean lo más
similares posible, cosa que considero ha podido influir en los resultados
obtenidos en este Trabajo.
Estos resultados se podrán estudiar de forma más detallada para ser
comparados con unos futuros ensayos del mismo tipo de probetas, pero esta
vez unidas mediante un adhesivo reforzado con polvo de vidrio, como ya
anticipábamos en capítulos anteriores.
70
7. BIBLIOGRAFÍA
[1] Madrid, Mario (1997). "Uso de los cianoacrilatos en la
Industria". Loctite Spain’s Internal Technical Information. Madrid.
[2] Garde Belza, José Ánge (2015)l: Colas y adhesivos.
Tecnologías del Envase de ainia.
[3] Página web Los Adhesivos (2011-2016):
www.losadhesivos.com
[4] Ruiz Rojas, Paola Andrea (2011): Adhesivos Estructurales:
Alternativa Potente y Eficaz para la Unión de Metales. Revista
Metal Actual.
[5] Serope Kalpakjian, (2008): Manufactura, ingeniería y
tecnología, 5ª edición.
[6] Andrés Roiz, Manuel A. (2014): Trabajo de Fin de Máster
“Comportamiento a impacto de uniones adhesivas estructurales en
materiales híbridos para construcción naval”. Universidad de
Cantabria.
[8] Página web de ASTANDER: www.astander.es
[9] Suárez, J.C., Diez de Ulzúrrun, I., Biezma, M.V., Ruiz Román,
J.M., Martínez, M.A., Del Real, J.C., and López, F. (2003). Case
studies in adhesives selection. Journal of Materials Processing
Technology 143-144, 219-224. doi: 10.1016/S0924-
0136(03)00428-X.
71
[10] Página web de Resinas Castro: www.resinascastro.com
[11] García, Ana (2015): Tutorial para realizar un ensayo en la
Máquina de caída de peso. Laboratorio de Ensayos no
Destructivos. E.T.S.I. Navales de la Universidad Politécnica de
Madrid.
72
8. ANEXOS
73
AVISO:
Este documento es el resultado del Trabajo Fin de Grado de un alumno,
siendo su autor responsable de su contenido.
Se trata por tanto de un trabajo académico que puede contener errores
detectados por el tribunal y que pueden no haber sido corregidos por el autor
en la presente edición.
Debido a dicha orientación académica no debe hacerse un uso
profesional de su contenido.
Este tipo de trabajos, junto con su defensa, pueden haber obtenido una nota
que oscila entre 5 y 10 puntos, por lo que la calidad y el número de errores
que puedan contener difieren en gran medida entre unos trabajos y otros,
La Universidad de Cantabria, la Escuela Técnica Superior de Náutica, los
miembros del Tribunal de Trabajos Fin de Grado así como el profesor
tutor/director no son responsables del contenido último de este Trabajo.”